KR20090120873A - 폐기물 열분해시스템의 가스 개질장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 폐기물 열분해시스템의 가스 개질장치가 개시된다. 본 발명은 폐기물에 함유된 수분을 건조하는 건조수단, 건조된 폐기물을 가열하여 열분해하는 열분해수단을 포함하는 폐기물 열분해시스템에 있어서, 상기 열분해수단의 일측에 설치되어 폐기물의 열분해시 증발되는 열분해가스를 소정 시간 체류시키는 가스 체류탑을 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 폐기물 열분해시스템의 가스 개질장치는, 폐기물 열분해시 증발되는 열분해가스는 가스 체류탑에 체류되면서 폐기물에 간접적으로 고온의 열을 가하여 열분해시킨 후 탈염소 반응탑으로 이송되고, 탈염소 반응탑을 통과하면서 안정적으로 염소가스가 제거된 후 후공정으로 이송되도록 한다.
가연성 폐기물, 개질장치, 개질스크류, 가스 체류탑, 탈염소 반응탑

Description

폐기물 열분해시스템의 가스 개질장치{Gas Reforming Apparatus}
본 발명은 가연성 폐기물을 고온, 무산소 또는 저산소 분위기 하에서 간접적으로 열을 가하여 열분해하는 폐기물 열분해시스템에 관한 것으로, 특히 폐기물의 열분해 과정 후 발생하는 열분해가스를 개질할 수 있도록 한 폐기물 열분해시스템의 가스 개질장치에 관한 것이다.
일반적으로, 산업 발전으로 인한 공장 증가로 난분해성 폐기물 증가, 음식 문화의 다변화로 인해 수분을 많이 함유하는 음식물 쓰레기 및 축산농가로부터 배출되는 축산 폐기물의 배출량은 대폭적으로 증대되고 있으나, 이들 액상 및 고상의 폐기물을 소정의 소각장치를 이용하여 건조 및 연소시켜 소각하는 데에는 처리비용 및 공간의 한계에 직면하게 되므로, 폐기물의 대부분은 매립(埋立) 또는 불법처리하는 방식을 채택하고 있는 실정이다.
이로 인해, 음식물 쓰레기 및 산업 폐기물로부터 발생하는 침출수 등으로 인해 토질 및 지하수가 심각하게 오염되며, 축산 오폐수의 무단방류로 인해 하천수의 오염이 심각해지는 문제점을 갖게 된다.
이러한 폐기물을 처리하기 위해서 열분해장치가 적용되었는데, 종래에 사용되는 열분해장치는 배치(batch) 식으로 일정한 분량의 폐기물을 열분해실 내부에 투입시킨 후, 뚜껑을 닫아 외부로부터 고온의 열을 가하여 열분해실을 소정 온도로 가열함에 따라, 폐기물을 열분해시켜 액체, 기체 및 고체상태의 물질로 변환시키는 회분식의 방법을 채택하고 있다.
그런데, 배치 타입의 열분해 방식은 여러 물질이 혼합되는 폐기물의 열분해에 많은 어려움이 뒤따르고, 특히 이물질(초자류, 흙, 비철금속류 등)이 혼합되는 경우 열전달이 원활하게 이루어지지 않게 되어 그 사용가치가 떨어지는 문제점이 있다.
즉, 기존의 폐기물 처리장치는 폐기물이 높은 함수율로 인해 친환경적인 처리가 곤란한 문제가 있고, 또한 폐기물 처리시 발생하는 폐열의 활용이 효율적으로 이루어지지 않아 경제적인 처리 시스템의 개발이 필요한 상태이다.
이에 따라, 본 발명은 폐기물을 재활용 자재로서 활용할 수 있도록 함과 동시에 친환경적 처리방법에 대한 필요성에 적합하도록 한 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 폐기물에 함유된 수분을 건조하는 건조수단, 건조된 폐기물을 가열하여 열분해하는 열분해수단을 포함하는 폐기물 열분해시스템에 있어서, 상기 열분해수단의 일측에 설치되어 폐기물의 열분해시 증발되는 열분해가스를 소정 시간 체류시키는 가스 체류탑을 포함하는 폐기성 열분해시스템의 가스 개질장치가 제공된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 폐기물 열분해시스템의 가스 개질장치는, 폐기물 열분해시 증발되는 열분해가스는 가스 체류탑에 체류되면서 폐기물에 간접적으로 고온의 열을 가하여 열분해시킨 후 탈염소 반응탑으로 이송되고, 탈염소 반응탑을 통과하면서 안정적으로 염소가스가 제거된 후 후공정으로 이송되도록 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 의한 열분해시스템이 도시되어 있다.
이에 따르면, 본 실시예의 열분해시스템은 분쇄된 폐기물에 함유된 수분을 건조한 후 건조된 폐기물을 가열하여 열분해하는 열분해장치, 폐기물의 열분해시 생성된 열분해가스로부터 염소를 제거하는 가스 개질장치(500), 열분해장치(200)로부터 열분해된 후 배출되는 탄화재(char)를 연속적으로 배출시키는 탄화재 배출장치(600) 및 개질된 가스를 이용하여 정제유를 생성하는 정제유 생성장치(700)를 포함한다.
열분해장치는 분쇄된 폐기물에 함유된 수분을 건조하는 건조수단(100), 건조된 폐기물을 가열하여 열분해하는 열분해수단(200)을 포함하며, 건조수단(100)과 열분해수단(200)은 각각 그 외측에 건조실(140)과 열분해실(240)을 구비하여 2단으로 배치된다.
이와 같이 구성된 본 실시예의 열분해시스템에서 사용되는 열분해 원리는 가연성 폐기물을 무산소 또는 저산소 분위기 하에서 간접적으로 열을 가하면 열분해공간은 환원성 분위기가 조성되고, 폐기물은 분해되어 기체, 액체로 증발되며, 분해되지 않는 것은 고체(char)로 남게 된다.
즉, 폐기물(가연성 고분자화합물을 의미함) + 열 = 기체(비응축가스) + 액 체(정제유) + 고체(char)임을 알 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 가스 개질장치(500)는 열분해수단(200)의 출구 측에 수직으로 연결되는 가스 체류탑(510) 및 개질된 가스로부터 염소를 제거하는 탈염소 반응탑(550)을 포함한다.
가스 체류탑(510)은 열분해가스가 체류할 수 있도록 충분한 내부 공간이 형성되며, 그 하부에는 열분해수단(200)과 연결되는 입구가 마련되고, 상부에는 탈염소 반응탑(550)과 연결되는 출구가 형성된다.
가스 체류탑(510)의 내부에는 연소실로부터 열분해실(240)로 공급된 열원이 열분해수단(200) 내의 폐기물을 가열한 후 배출되는 과정에서 열원의 체류시간을 충분히 확보할 수 있도록 나선형의 개질스크류(520)가 구비된다. 개질스크류(520)의 상단에는 구동모터(530)가 결합되어 개질스크류(520)를 적정 속도로 회전시키기 위한 구동력을 제공한다.
따라서, 열분해가스는 개질스크류(520)를 따라 나선형으로 회전하면서 가스 체류탑(510)의 출구 측으로 배출됨으로써 가스 체류탑(510)의 내부에서 열분해가스의 체류시간을 충분히 확보하며, 이때 열분해가스에 함유된 이물질은 제거된다.
즉, 열분해실(240)에서 배출되는 가스는 계속적인 화합반응을 하고 있는 바, 타르와 탄화재의 분리를 위한 가스 체류공간이 마련될 필요가 있으며, 이에 따라 가스 체류탑(510)에서 가스의 탈왁스 및 탈타르 공정을 진행할 수 있게 되는 것이다.
이때, 구동모터(530)에 의해 회전하는 개질스크류(520)의 스크류날개(521)는 가스 체류탑(510)의 내경에 대응되는 외경을 갖도록 구성되어 가스 체류탑(510)의 내주면에 부착되는 타르 또는 탄화재를 긁어 가스 체류탑(510) 내주면으로부터 분리시키는 역할도 한다.
탈염소 반응탑(550)은 가스 체류탑(510)을 통과한 열분해가스에 함유된 염소 성분을 제거하기 위한 것으로서, 그 내부에는 탄산칼슘(CaCO3)을 주성분으로 하는 석회석 저장탱크(551)가 설치된다.
즉, 탈염소 반응탑(550)에서는 CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O 의 화학반응을 일으킴으로써 염소가스를 염화칼슘으로 변환시켜 염소를 제거하는 것이다. 이때 탈염소 반응탑(550)의 온도는 120∼300℃를 유지한다.
한편, 가스 체류탑(510)을 통해 상승 이동하는 열분해가스가 응축되지 않도록 가스 체류탑(510)의 외측에는 온도를 보정할 수 있는 수단이 요구된다. 이에 따라 가스 체류탑(510) 및 탈염소 반응탑(550)의 외측에는 열분해실(240)과 연결통로를 통해 연통된 열원공급실(540)이 마련된다. 즉, 가스 체류탑(510)을 감싸는 열원공급실(540) 내로 열분해 열원이 원활하게 공급되어 가스 체류탑(510)은 250∼350℃를 유지하게 되어 열분해가스가 응축되지 않고 탈염소 반응탑(550) 측으로 이송된다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 개질수단(500)의 탈염소 반응탑(550)의 일측에는 탈염소 처리된 열분해가스를 정제하는 가스 정제수단(700)과, 열분해가스를 이용하여 정제유를 생성하여 저장한 후 이를 연소실(250)로 공급하는 정제유 생성수단(800)이 마련된다.
가스 정제수단(700)은 탈염소 처리된 열분해가스를 안정적인 분위기 하에서 응축하여 1차 정제유를 생성하기 위한 침전응축장치(710) 및 가스의 질을 높이기 위한 정제장치를 구비한다. 이와 같이 정제된 가스는 가스저장탱크에 저장되었다가 연소실(250)로 공급되어 연소용 가스로 사용될 수 있다.
정제유 생성수단(800)은 침전응축장치(710)로부터 공급받은 1차 정제유를 저장하는 저장탱크와, 이 저장탱크에 저장된 1차 정제유를 유수분리하는 유수분리기 및 유수분리된 정제유를 비등점에 따라 휘발유, 경유, 중유로 분리하는 증류탑을 구비한다. 이와 같이 정제된 정제유 중 일부는 연소실(250)의 버너(251) 가동시 초기 연료로 사용될 수 있다.
탈염소 반응탑(550)은 그 출구 측에 플렉시블 조인트(560)가 구비되고, 이 플렉시블 조인트(560)에 의해 가스 정제수단(700)의 침전응축장치(710)와 연결됨으로써 공정 진행시 열팽창으로 인한 뒤틀림현상을 방지할 수 있게 된다.
이하에서는, 본 발명에 의한 폐기물 열분해시스템의 가스 개질방법을 설명한다.
일반 및 산업체 폐기물을 포함하는 가연성 고상의 폐기물은 입하 후 파쇄기에서 소정 크기로 파쇄된 후, 선별기를 경유하여 흙, 먼지 등이 제거되며 비철금속 등이 선별되어 선별된 일부 폐기물은 재활용된다. 선별 처리된 가연성 폐기물은 분쇄기로 이동되어 비교적 작은 크기로 분쇄된다.
분쇄된 가연성 폐기물은 건조수단(100)으로 투입되어 폐기물에 포함된 수분이 제거된 후 열분해수단으로 투입되며, 열분해수단(200)으로 이송된 폐기물은 열분해실(240)로 제공된 열원의 간접 가열 방식에 의해 수분분리, 탈가수화, 탈염소 작용이 이루어진다.
즉, 폐기물이 열분해기 몸체(210)로 자동으로 투입되는 경우, 폐기물은 열분해스크류(220) 외주면에 형성된 스크류날개에 의해 도 1의 도면상 우측 방향으로 이송되며, 이송되면서 용융 및 기화되는 폐기물은 고온 및 저산소 상태의 분위기를 유지하는 열분해실(240)에서 간접적으로 가해지는 열에 의해 연속적으로 열분해된다.
이때, 연소실(250)은 열분해실(240)로부터의 열분해가스가 아직 생성되지 않아 연소실(250) 내부의 온도가 소정 온도로 승온되기 전까지는 초기연료(예컨대, 경유)를 사용한다. 연소실(250)에서 승온된 배기가스는 열분해실(240)로 유입된 후, 열분해실(240)의 일측에 형성되는 가스 체류탑(510)의 환형의 내부공간을 통과한 후 외부로 배출된다.
즉, 폐기물 열분해시 증발되는 열분해가스는 열분해실(240) 상부에 형성되는 가스 체류탑(510)에 체류되면서 폐기물에 간접적으로 고온의 열을 가하여 열분해시 킨 후 탈염소 반응탑(550)으로 이송된다.
이에 따라, 열분해된 후 이송되는 열분해가스는 탈염소 반응탑(550)을 통과하면서 염소가스가 제거된 후 가스 정제수단(700) 및 정제유 생성수단(800)으로 이송되어 후공정을 진행하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 폐기물 열분해시스템의 개략적인 전체 구성도.
도 2는 도 1에 따른 가스 개질장치의 확대도.
도 3은 도 2에 따른 가스 개질장치를 통과한 열분해가스의 후공정을 도시한 블록도.
< 도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명 >
500 ; 가스 개질장치 510 ; 가스 체류탑
520 ; 개질스크류 530 ; 구동모터
550 ; 탈염소 반응탑 551 ; 석회석 저장탱크

Claims (5)

  1. 폐기물에 함유된 수분을 건조하는 건조수단, 건조된 폐기물을 가열하여 열분해하는 열분해수단을 포함하는 폐기물 열분해시스템에 있어서,
    상기 열분해수단의 일측에 설치되어 폐기물의 열분해시 증발되는 열분해가스를 소정 시간 체류시키는 가스 체류탑을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 열분해시스템의 가스 개질장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 체류탑의 내부에는 열분해가스의 체류시간을 확보하고, 그 내벽에 부착된 타르, 탄화재를 분리시키는 개질스크류가 설치되는 것을 특징으로 하는 폐기물 열분해시스템의 가스 개질장치.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 가스 체류탑의 일측에 설치되어 열분해가스 중 염소를 제거하기 위한 탈염소 반응탑을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 열분해시스템의 가스 개질장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 가스 체류탑 및 탈염소 반응탑의 외측에는 이동하는 열분해가스가 응축되지 않도록 열원공급실이 마련되는 것을 특징으로 하는 폐기물 열분해시스템의 가스 개질장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 탈염소 반응탑의 일단에는 플렉시블 조인트가 구비되는 것을 특징으로 하는 폐기물 열분해시스템의 가스 개질장치.
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